大别山超高压榴辉岩带榴辉岩的特征和变质作用

大别山超高压柯石英榴辉岩带中多处产出含柯石英榴辉岩,岩石中广泛分布柯石英假象。它们产在片麻岩和大理岩中,并有不同的特征矿物组合。与鄂北等地高压型榴辉岩比较,超高压(柯石英)榴辉岩的绿辉石富硬玉组分,而石榴石为一般的富铁铝榴石贫镁铝榴石的石榴石。钙质角闪石和钠钙质冻蓝闪石是超高压(柯石英)榴辉岩中主要的次生角闪石类型。榴辉岩的原岩是陆内拉张过程中形成的广义拉斑玄武岩,它们在中朝一扬子大陆板块汇聚造山的俯冲大地构造背景中,发生渐进变质。变质时地热增温率极低。造山运动后期,榴辉岩随构造运动抬升又经历两阶段迭加变质。     

河南大别山区榴辉岩及蓝晶石石英岩中柯石英的发现

团麻断裂以西的河南大别山区榴辉岩及其围岩蓝晶石石英岩中首次发现柯石英。含柯石英榴辉岩的矿物共生组合为石榴石+绿辉石+蓝晶石+多硅白云母+石英(柯石英)+金红石,其形成温压条件为T=610～740℃,P≥2.8 GPa。含柯石英榴辉岩及其围岩同时经历了超高压变质作用,可能由扬子板块向华北板块深俯冲作用形成,俯冲深度可迭90km以上。河南大别山区含柯石英榴辉岩的发现扩大了中国中东部含柯石英榴辉岩带的分布区。     

华中榴辉岩及其成因的若干问题

榴辉岩是华中高压变质带的特征岩类之一。根据其共生的矿物组合可划分出四类榴辉岩:角闪(蓝闪)榴辉岩,蓝晶石榴辉岩、柯石英榴辉岩和石英榴辉岩。其中蓝闪榴辉岩主要分布于团麻断裂以西地区;柯石英榴辉岩均出露于团麻断裂以东地区。根据矿物对地质温压计和变质矿物组合估测,西部地段榴辉岩的形成条件为p=1.1～1.5GPa,t=540～600℃,中东部地段榴辉岩为p≥2.5GPa,t=700～800℃。 根据岩石组合、矿物组合和构造环境分析,绝大多数(如果不是全部的话)榴辉岩与围岩经历了相同的高压—超高压变质作用,是同一构造运动旋回中不同构造部位的变质产物。蓝闪榴辉岩和柯石英榴辉岩的地质环境和退变质作用特征具有重要的大地构造意义。     

中国大陆科学钻探主孔0～4500米变质岩石锆石中保存的超高压矿物包体

中国大陆科学钻探主孔0-4500米的岩心主要由榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩、正片麻岩以及少量的超基性岩所组成。岩相学研究结果表明,榴辉岩的围岩普遍经历了强烈角闪岩相退变质作用的改造,峰期超高压变质的矿物组合已完全被后期退变质过程中角闪岩相矿物组合所替代。采用激光拉曼技术,配备电子探针和阴极发光测试,发现主孔224件岩心中有121件(包括榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩和正片麻岩)样品的锆石中普遍隐藏以柯石英为代表的超高压矿物包体,且不同岩石类型锆石中所保存的超高压矿物包体组合存在明显差异。(含多硅白云母)金红石石英榴辉岩锆石中保存的典型超高压包体矿物组合为柯石英 石榴石、柯石英 石榴石 绿辉石 金红石和柯石英 多硅白云母 磷灰石。黑云绿帘斜长角闪岩锆石中保存的超高压矿物组合为柯石英 石榴石 绿辉石、柯石英 石榴石 多硅白云母和柯石英 绿辉石 金红石,与榴辉岩所保存的超高压矿物组合十分相似,表明该类斜长角闪岩是由超高压榴辉岩在构造折返过程中退变质而成。在副片麻岩类岩石,如石榴绿帘黑云二长片麻岩锆石中,代表性的超高压包体矿物组合为柯石英 多硅白云母和柯石英 石榴石等;而在石榴黑云角闪钠长片麻岩锆石中,则保存柯石英 硬玉 石榴石 磷灰石、柯石英 硬玉 多硅白云母 磷灰石和柯石英 石榴石 磷灰石等超高压矿物包体。在正片麻岩锆石中,标志性的超高压矿物包体为柯石英、柯石英 多硅白云母、柯石英 蓝晶石 磷灰石和柯石英 蓝晶石 榍石等。此外,在南苏鲁东海至临沭一带的地表露头以及一系列卫星孔岩心的锆石中,也普遍发现以柯石英为代表的标志性超高压矿物包体,表明在南苏鲁地区由榴辉岩及其围岩的原岩所组成的巨量陆壳物质(方圆>5000km2,厚度超过4.5km)曾整体发生深俯冲,并经历了超高压变质作用。该项研究对于重塑苏鲁-大别超高压变质带俯冲-折返的动力学模式有着重要的科学意义。     

柴达木盆地北缘早古生代高压——超高压变质带中发现典型超高压矿物——柯石英

从都兰北带榴辉岩的片麻岩围岩的锆石中发现了柯石英包裹体和石墨包裹体，说明该超高压带的峰期变质作用已达柯石英稳定区间（＞2.8GPa）但小于金刚石的稳定区间（＜3.5GPa），从而确定柴达木盆地北缘存在早古生代超高压变质作用和陆－陆碰撞作用，为中国中部存在一条横贯东西的早古生代（大致500－400Ma）高压超高压变质带的推断提供了新的关键性证据。     

柴达木盆地北缘都兰地区榴辉岩中透长石＋石英包裹体：超高压变质作用的证据

近年来在祁连地体与紫达木地块之间大柴旦－－都兰北一线确定出一条榴辉岩带。在此带东端北部地区野马滩一带榴辉岩中，我们发现产在石榴子石内部由透长石和多晶石英（柯石英假像）构成的包裹体。包裹体在内部结构特征及周围的状裂纹反映早期超高压变质相特征，据此，推测柴达木盆地北缘榴辉岩带可能是一形成深度超过80km的超高压变质带。     

走滑断裂对超高压变质岩石折返的贡献及青藏高原北部白垩纪隆升之新思考

青藏高原已识别出柴北缘、南阿尔金和高喜马拉雅三条超高压变质带。这些超高压变质带提供了一个不可多得的研究超高压变质岩石形成和折返的机会。柴北缘超高压变质带位于阿尔金断裂的东边,是柴达木—东昆仑地体与祁连—阿尔金微地体和阿拉善—敦煌地体碰撞的产物,由榴辉岩、石榴石橄榄岩和含柯石英片麻岩组成,榴辉岩形成时代500~440Ma,峰期超高压变质年龄440Ma。南阿尔金超高压变质带位于阿尔金断裂带的西边,以产出榴辉岩和石榴石橄榄岩为特征,榴辉岩形成时代为500Ma。南阿尔金超高压变质带被认为是柴北缘超高压变质带的西延,两者被阿尔金断裂左旋位移约400km。阿尔金断裂是巨大的深度>200km的岩石圈走滑断裂,断裂的活动时代至少早到240~220Ma,认为走滑过程中伴随的隆升作用有可能为柴北缘和南阿尔金超高压变质岩石的折返和出露地表做出了贡献,其中阿尔金断裂起到了类似剪刀型断裂的作用。高喜马拉雅超高压变质带在巴基斯坦和印度被发现,以榴辉岩中含柯石英或金刚石为特征,榴辉岩的超高压变质年龄为46Ma,表明超高压变质岩石发生在雅鲁藏布江缝合线关闭后并快速折返。喀喇昆仑断裂走滑过程中伴随的抬升作用则可能对高喜马拉雅地区超高压变质岩石的折返和出露地表做出贡献。在中国东部出露的大别—苏鲁超高压变质带被巨大郯庐断裂左旋走滑位移约500km,可以看作是走滑作用伴随的抬升运动对超高压变质岩石的最后折返和出露地表做出重要贡献的又一例证。青藏高原的隆升通常被认为是印度板块和欧亚大陆新生代以来的碰撞结果。根据高原北部断裂的时代、火山活动和沉积盆地的形成,我们提出高原的隆升是两次俯冲碰撞的结果。第一次发生在中特提斯班公湖-怒江洋盆在白垩纪时期的关闭,其时由于北部来自塔里木盆地和北中国板块及东部来自太平洋板块俯冲产生的抵柱效应,高原北部开始隆升;第二次发生在印度板块的新生代俯冲碰撞作用,造成高原的整体抬升,由此可以解释高原北部平均海拔(5000m)要高于高原南部(平均海拔4000m)。     

大别山-苏鲁超高压变质带的矿物学和岩石学研究进展

本文总结了近年来大别山 苏鲁超高压变质带的矿物学和岩石学进展。针对大别山 苏鲁超高压变质带中的区域片麻岩围岩是否经历超高压变质的问题 ,研究者在常规岩石学和矿物学手段不能奏效的情况下 ,引入显微喇曼光谱测试 ,最终在各种类片麻岩的锆石中发现柯石英、硬玉和雯石等高压和超高压矿物包裹体 ,证明大别山 苏鲁超高压变质带中的大多数岩石曾与榴辉岩一起被俯冲到地幔深度 ,后又一起回返到地表。在喇曼光谱的测试过程中 ,发现锆石中的柯石英包裹体有 0～ 2 3 0 0MPa不等的现时晶内超压 ,并证明这种晶内超压是超高压变质岩回返过程中 ,柯石英向石英转化而导致的体积膨胀造成的。研究者在产于青岛仰口榴辉岩的石榴子石中发现大量单斜辉石、金红石和磷灰石出熔 ,精细的晶体化学和岩石学研究证明出熔前的石榴子石形成于大于 70 0 0MPa的压力条件 ,说明苏鲁地区的部分陆壳岩石可能曾被俯冲到大于 2 0 0km深的地幔。岩石学研究发现产于桃行地区的榴辉岩在角闪岩相区域退变质之前 ,在 4 0～ 5 0km的浅部地幔深度发育有一期高压麻粒岩相 过渡榴辉岩相变质。进一步研究发现这期变质是由于峰期的多硅白云母在回返到 4 0～5 0km深的浅部地幔时脱水熔融导致的     

隐藏在苏鲁地体斜长角闪岩锆石中超高压变质作用的信息

运用激光拉曼和阴极发光技术，配备电子探针测试，发现苏鲁地体地表露头和中国大陆科学钻探工程预先导孔CCSD-PP1和CCSD-PP2斜长角闪岩锆石中均保存以柯石英为代表的典型超高压矿物组合：柯石英 石榴石 绿辉石 金红石；柯石英 石榴石 绿辉石；柯石英 石榴石 绿辉石 多硅白云母 金红石 磷灰石；柯石英 绿辉石 金红石；柯石英 菱镁矿。该类矿物包体组合与苏鲁地体超高压榴辉岩的峰期矿物组合十分相似，表明斜长角闪岩可能是由超高压变质的榴辉岩在构造抬升过程中退变质而成。     

北大别罗田榴辉岩的原岩性质:微量元素及Sr-Nd-Pb同位素地球化学证据

近20年来,大别山造山带,因含柯石英和金刚石的超高压岩石的发现以及出露有大陆俯冲与碰撞过程中形成的不同构造岩石单位,一直是国内外的研究热点地区.其中,大别山超高压变质带由北大别杂岩带、中大别含柯石英超高压变质带和南大别低温榴辉岩带等三个不同的岩片组成.     

安徽潜山韩长冲──苗竹园一带硬玉石英岩及其伴生榴辉岩特征

安徽潜山硬玉石英岩和榴辉岩共生，呈透镜或似层状产于云母片麻岩中。两类岩石原生矿物组合分别为柯石英＋硬玉＋石榴石＋石英＋金红石和金刚石＋柯石英＋石榴石＋石英＋文石＋黝帘石。本文报导的硬玉石英岩中柯石英及其假象为世界首例。榴辉岩原岩分别为大洋拉斑玄武岩和大陆玄武岩，硬玉石英岩原岩为杂砂岩；两类岩石中矿物组合及其变形特征，表明它们都经历了相同的榴辉岩相超高压变质作用及后期从角闪岩相到绿片岩相的退变质作用的改造；这两种不同构造环境下形成的原岩在一起共生及其强烈的剪切变形，表明它们是经构造作用而混杂在一起的。     

北大别的高温超高压变质作用与多阶段折返

近期的变质岩石学、地球化学及同位素年代学研究表明,北大别整体经历了高温超高压变质作用和多阶段折返历史,因而表现为广泛发育的多期减压结构和极少保留早期的超高压变质记录。北大别榴辉岩以高温变质作用以及折返期间因麻粒岩相和角闪岩相退变质变质作用而形成的多期后成合晶为显著特征。石榴子石中伴有放射状胀裂纹的单晶和多晶石英包体指示早期柯石英的转变结果,这已被锆石中发现的柯石英残晶所证实。结合北大别北部榴辉岩和片麻岩中发现的金刚石等超高压证据以及三叠纪变质记录,由此证明北大别整体经历过深俯冲和印支期超高压变质作用。北大别榴辉岩的多阶段高温条件主要来自石榴子石-绿辉石矿物对温度计、单斜辉石中紫苏辉石+石英针状矿物出熔体以及金红石中较高的Zr含量和变质锆石中较高的Ti含量等得出的温度证据。此外,多期后成合晶以及石榴子石和单斜辉石等矿物中成分分带的存在,证明该区榴辉岩经历了一个多阶段、快速折返过程;而不同变质阶段的温度、压力和形成时代,却反映该区榴辉岩经历了长时间的高温变质演化与缓慢冷却过程。长时间的高温变质作用与缓慢冷却过程也许正是北大别长期难以发现柯石英和有关超高压记录的重要原因。因此,这些成果为大别山三个不同超高压岩片的差异折返模型的建立提供了新的证据。     

新疆西天山超高压变质榴辉岩

在新疆西天山3类榴辉岩中均发现了超高压变质矿物：在第Ⅰ类与蓝片岩互层的榴辉岩中发现了柯石英假像；在第Ⅱ类枕状榴辉岩的绿辉石中发现了石英出溶叶片；在第Ⅲ类产于大理岩中呈透镜状的方解石/白云石榴辉岩中发现了变质成因的菱镁矿。详细的岩石矿物学研究表明，第Ⅰ类榴辉岩3个阶段的变质演化温压条件为：UHP前变质阶段（356-433℃，0.8-1.0GPa）、峰期UHP榴辉岩相阶段（496-598℃,2.572-2.666GPa)和退变绿帘蓝片岩相阶段（500-530℃，1.0-1.2GPa），并建立了在NCMASCH（Na2O-CaO-MgO-Al2O3-SiO2-CO2-H2O）体系中出现蓝闪石、石榴石、绿辉石、菱镁矿、白云石、黝帘石、柯石英、CO2和H2O的相平衡关系。经变质反应分析和相平衡理论计算西天山含菱镁矿的蓝闪石榴辉岩的变质峰期温压条件为：2.7-2.8GPa和525-607℃，XCO2低于0.006。超高压变质矿物的发展表明西天山榴辉岩经历了超高压变质作用，所谓的南天山造山带可能是世界上规模最大的由洋壳俯冲形成的超高压变质带。     

超高压变质岩中柯石英的产出和保存机制

了解柯石英的产出并制约其保存机制对于深入认识超高压变质岩的形成和演化具有重要的启示意义.早期的研究发现超高压变质岩中的柯石英主要以包裹体的形式产在刚性寄主矿物中,而粒间柯石英之前仅在苏鲁仰口的超高压双矿物榴辉岩中有过发现.目前提出的柯石英保存机制主要包括以下两种:涉及"构造超压"的"高压釜"模型和较干的变质演化环境.新近报道的大别山甘家岭超高压变沉积岩中的粒间柯石英和白云石中的大量柯石英包裹体肯定了较干的变质演化环境而削弱了传统的"高压釜"模型在保存柯石英方面所起的作用.      

华中高压－超高压变质富铝岩石的温压条件研究及其地质意义

华中高压－超高压变质富铝岩石为陆壳岩石经变质而成，其典型的岩石类型为蓝晶石黄玉石英岩。矿物温压计估算其ｐ－Ｔ条件为Ｔ＝７００℃，ｐ＝１．２ＧＰａ；高温高压实验结果表明，蓝晶石＋黄玉组合在Ｔ＝１０００～１２００℃，Ｐ＝３．１～３．７７ＧＰａ范围内可以稳定存在，是高压－超高压变质作用产物。在蓝晶石石英岩中发现柯石英及柯石英假象，区域上其它岩石组合也有高压－超高压变质作用的证据。变质富铝岩石为榴辉岩相变质作用产物，从而证明陆壳岩石可以经历＞２．０ＧＰａ的变质压力条件。     

大别地区榴辉岩中几种超高压变质矿物研究

根据镜下观察,在大别地区东南部榴辉岩中陆续发现柯石英、金刚石和文石等三种超高压变质矿物,拉曼分子探针检测进一步证实了这些发现。柯石英和文石均被包裹于石榴石或绿辉石晶体之内,而基质中则分别以低压多型变体石英和方解石的形式存在,说明其保存除快速构造抬升的外部条件外,还与寄主矿物机械阻力及晶内低压缩性有关。作为榴辉岩相的早期共生矿物,它们的出现证明该区榴辉岩经历了超高压变质作用。     

含柯石英榴辉岩形成深度的构造校正测算

应用透射电子显微镜(TEM)对大别地区英山县含柯石英榴辉岩、石英榴辉岩及石榴角闪岩中石榴子石进行研究,结果表明在强塑性变形的三类岩石中,石榴子石的超微构造特征存在明显差异。在含柯石英榴辉岩中的石榴子石位错密度比角闪岩中的低。修正石榴子石材料系数α为0.25,用石榴子石位错密度估算了相对差异应力值,并讨论了在超高压榴辉岩形成和退变质过程中各阶段的变质条件。根据石榴子石位错密度测定的差异应力,结合石榴子石的变形测量,恢复构造三维主应力及构造附加静水压力值P_S,从柯石英相的转变压力P中减去构造附加静水压力值P_S后,利用单纯由重力引起的静水压力值P_G换算上覆岩石的重力和厚度,获得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度仅为 ≥ 32.09~32.11km.因此提出,该含柯石英榴辉岩是在这一地壳深处(或稍深一些)受强烈构造作用形成的新认识。同位素资料分析表明,大别地区榴辉岩系地壳成因,这对于榴辉岩是壳内产物的认识提供了进一步证据。      

榴辉岩的两种变质演化轨迹和俯冲大陆地壳的差异折返-——以柴北缘都兰超高压地体为例

都兰榴辉岩地体位于柴北缘—南阿尔金超高压变质带的东端,是唯一确定含柯石英的超高压变质地体,约700 km,其特点是含有两个特征不同的变质亚带,并经历了不同的折返过程。柯石英假像和温压计算表明两带榴辉岩峰期变质的压力都在柯石英的稳定域（2.8~3.3 GPa）,但它们退化变质的p–T 轨迹具有明显不同的特征。北带榴辉岩经历了两个阶段的折返：早期从地幔深度快速折返到中部地壳层次,伴随岩石的等温降压,并发生角闪岩相退化变质;晚期抬升到地壳浅部。都兰南带榴辉岩折返过程中经历了高压麻粒岩相变质的改造,高压麻粒岩阶段的p–T条件为p＝1.9~2.0 GPa,T＝873~948℃, 并进一步经历了角闪岩相退化变质,说明都兰南带榴辉岩折返速率较慢,发生了壳幔过渡带（或加厚的深部地壳）层次的强烈热松弛。这种热松弛发生在许多大陆俯冲带的超高压岩石的折返过程中,并且是榴辉岩发生深熔作用的主要机制。都兰两个变质带不同的变质演化轨迹反映了俯冲的大陆地壳具有差异折返的特征。     

鲁东造山带榴辉岩变质作用特征及其动力学机制

岩相学研究表明,广泛发育鲁东造山逞中的榴辉岩可以划分为四种类型：第一类为含柯石英及其假象榴辉岩;么二类为含蓝晶石 、黝帘石及多硅白云母等榴辉岩;第三类为石榴石－绿辉石－石英组合榴辉岩;第四类为（角闪石）石榴石－辉及有关岩石（非典型“榴辉岩”）。这四类榴辉岩峰期前进变质矿物共生组合及Ｐ－Ｔ条件估算结果均显示它们应属于高温与超高压变质作用产物,其变质作用ＰＴｔ轨迹表现为顺时针演化趋势,反映出板块俯冲碰     

含柯石英锆石的SHRIMP U-Pb定年:胶东印支期超高压变质作用的证据

苏鲁超高压变质带的形成时代究竟是印支期还是新元古代争议始终很大。对山东胶南地区超高压变质带中超镁铁岩和榴辉岩的锆石激光拉曼、阴极发光和离子探针原位定年的研究获得超高压变质作用发生的时代为印支期。其中超镁铁岩含柯石英锆石的年龄为221±12Ma,该深成岩侵位时代为新元古代(581±44Ma)。此外,锆石中另有约400Ma年龄记录,可能代表岩石形成后另有一期热事件。榴辉岩的下交点年龄为228±29 Ma,与超镁铁岩含柯石英锆石年龄一致,代表超高压变质时代;上交点为中元古代(1821±19Ma),代表原岩年龄,后者与其片麻岩围岩时代相一致,说明榴辉岩是原位俯冲。